電阻應變壓力感測器

中文名稱：電阻應變壓力感測器

英文名稱：Resistance strain pressure sensor

壓力感測器是工業實踐中最為常用的一種感測器，廣泛應用於各種工業自控環境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建築、生產自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業。

將電阻應變片粘貼在彈性元件特定表面上，當力、扭矩、速度、加速度及流量等物理量作用於彈性元件時，會導致元件應力和應變的變化，進而引起電阻應變片電阻的變化。電阻的變化經電路處理后的以電信號的方式輸出，這就是電阻應變式感測器的工作原理。

力學感測器的種類繁多，如電阻應變片壓力感測器、半導體應變片壓力感測器、壓阻式壓力感測器、電感式壓力感測器、電容式壓力感測器、諧振式壓力感測器及電容式加速度感測器等。電阻應變壓力感測器按其應變化的分類來說，主要有電阻絲應變片、半導體應變片兩類。

1.數學模型

電阻絲應變片一般是粘貼在感測器的彈性體上，當感測器承受壓力后的，彈性體產生形變，引起粘貼在彈性體上的應變片電阻值變化。在一般情況下，感測器內都是由4個應變片組成一個測量電橋，在大多數的使用情況下，感測器內部4個應變片同時受力，並且在受壓形變的作用下，2個應變片阻值增大，2個變小。

2.激勵方式

電阻應變壓力感測器的激勵方式有恆壓源和恆流源兩種。在較理想的條件下，採用恆流源方式比恆壓源在減少溫度誤差方面有更多的改善。

3.精度的提高

提高感測器使用精度的方法有很多，如提高放大電路性能，在二次儀錶上採取補償措施等等。但是在三次儀錶有足夠精度的情況下，提高感測器一次輸出信號U精度則顯得更為重要。在工業現場中，最主要的干擾源之一是電網的干擾，在恆壓源激勵方式下，提高激勵電壓E的抗干擾能力則最為有效。一般採用二級穩壓供電和交一直一供電兩種方式。

1.感測器量程的選擇

在一般使用情況下，感測器的承受負荷不應超過感測器的額定負荷容量。一般情況下，應使其量程為額定負荷的150%左右。量程選擇太小，不僅是影響其性能，而且影響使用壽命。

2.應變片的保護

應變片在潮濕環境中受潮會使絕緣電阻下降，導致測量靈敏度降低，甚至電橋不能正常平衡，無法投入工作。在水處理車間中，防潮、防腐顯得尤其重要。比較有效的處理方法是感測器外表進行噴塑處理后的，均勻塗上中性凡士林，然後再不影響傳力的情況下，為感測器設立一個防護外殼，要求防護外殼既能防水、防塵又能通風。

3.引出線的連接

應變片電阻絲是較細的，它與引出線的粗導線之間的連接點往往是疲勞斷裂的地方。這是由於截面積不同而引起的應力集中或導線在錫焊中引起黑變化所致。從實際使用情況看，在使用時間長，衝擊力大的使用條件下，這類問題很多，希望增設專用的固定裝置等。

1.要盡量減小側斜負荷及偏心負荷的影響

為保證使用精度，應使載入力的作用線感測器受力軸線重合，避免產生附加力矩，側向負荷不僅影響測量精度，而且對感測器使用壽命也是不利的。

2.避免溫度劇烈變化

溫度的劇烈變化對感測器的使用精神影響很大。在要求一定精度而且使用多個感測器時，各感測器的溫度分佈應盡量接近，以減少整個系統中的溫度誤差。在工作現場中，感測器的使用應避免日晒及陽光直射，避免環境溫度的劇烈變化。

金屬電阻應變片的工作原理是吸附在基體材料上應變電阻隨機械形變而產生阻值變化的現象，俗稱為電阻應變效應。金屬導體的電阻值可用下式表示：

ρ——金屬導體的電阻率（Ω。cm2/m ）

S ——導體的截面積（cm2 ）

L ——導體的長度（m ）

我們以金屬絲應變電阻為例，當金屬絲受外力作用時，其長度和截面積都會發生變化，從上式中可很容易看出，其電阻值即會發生改變，假如金屬絲受外力作用而伸長時，其長度增加，而截面積減少，電阻值便會增大。當金屬絲受外力作用而壓縮時，長度減小而截面增加，電阻值則會減小。只要測出加在電阻的變化（通常是測量電阻兩端的電壓），即可獲得應變金屬絲的應變情況。

靈敏度：0.5mV/V

非線性：±1% RO

滯后誤差：1% RO

溫度影響：BPR-2

採用風強製冷卻時，在0.1~0.14MPa的氣壓下，螺紋部分的溫度不高於180℃，

溫度零點變化0.04%RO/℃

在水壓為0.06~0.08MPa下，膜片溫度不高於1100℃,溫度零點變化0.01%RO/℃

激勵電壓：最高10V(AC或DC)

允許過載能力：20% RC

連接螺紋：M20×1.5(mm)

註：RO為額定輸出（激勵電壓=10V）

RL為額定負荷（測試時g=9.80665m/s）